Les dorsales, frontières de plaques divergentes - Maxicours

Les dorsales, frontières de plaques divergentes

Objectifs
  • Définir une dorsale.
  • Argumenter l’idée d’une expansion océanique au niveau des dorsales.
    • Comprendre l’apport du paléomagnétisme.
    • Comprendre l’apport de la sédimentologie.
  • Comprendre le fonctionnement d’une dorsale.
  • Distinguer les deux types de dorsales.
Points clés
  • Les dorsales sont des structures géologiques qui forment un relief au fond des océans.
  • Elles sont caractérisées par une activité volcanique de type effusif qui conduit à la remontée d’un magma provenant de la partie superficielle du manteau.
  • Ce magma cristallise en venant s’intercaler dans la lithosphère existante, ce qui entraîne un mouvement divergent de part et d’autre de la dorsale.
  • Plus une lithosphère océanique est âgée, plus elle s’éloigne de la dorsale. C’est ce que révèlent les données paléomagnétiques et sédimentologiques.
  • Il est possible d’évaluer la vitesse d’expansion océanique d’une dorsale ; on distingue les dorsales lentes et les dorsales rapides.
Pour bien comprendre
  • Les plaques lithosphériques.
  • La tectonique des plaques.
  • Le volcanisme.
1. Les dorsales, limites des plaques lithosphériques

La surface du globe est découpée en plaques rigides : les plaques lithosphériques. 

Doc. 1 : Limites des plaques tectoniques à la surface du globe

Ces plaques lithosphériques qui découpent la surface du globe sont délimitées par des bandes étroites, siège d’une activité sismique et volcanique (Doc. 2  et Doc.3).

Doc. 2 : Localisation des épicentres des séismes dans le monde  Doc. 3 : Répartition mondiale du volcanisme

Les dorsales caractérisent certaines de ces limites de plaque. Elles sont localisées au fond des océans (Doc. 4) et forment un relief pouvant atteindre 5000 m d’altitude, creusé en son centre par un fossé appelé « rift » (Doc. 5 et Doc. 6).

Doc. 4 : Reliefs océaniques et terrestres
Doc 5. Carte topographique des fonds marins au niveau de la dorsale du Pacifique Est. Doc.6 : Dorsale médio-atlantique visible de manière exceptionnelle au dessus du niveau de la mer, en Islande.

Elles correspondent à de longues chaînes de volcans de type effusif qui lézardent des plaines abyssales profondes. Aussi sont-elles le siège d’un flux thermique élevé.

Doc. 6 : répartition mondiale du flux géothermique

Ces structures géologiques n’ont été découvertes qu’après la Seconde Guerre mondiale grâce aux avancées technologiques ayant servi les intérêts de la guerre. Leur rôle dans la tectonique des plaques n’a pu être réellement établi que récemment, dans les années 1960, grâce aux études paléomagnétiques et sédimentologiques réalisées lors de nombreuses expéditions océanographiques.

2. Les dorsales à l'origine d'un mouvement de divergence
a. Les apports du paléomagnétisme

Au début du XXe siècle, le géologue Bernard Brunhes (1867-1910) a constaté que l’orientation du champ magnétique s’inverse périodiquement dans les coulées de lave qui se superposent dans le Massif central. Les basaltes, roches ferromagnésiennes qui constituent ces coulées, sont donc capables d’enregistrer le champ magnétique au moment de leur formation.

Ces données permettent d’établir l’échelle magnétostratigraphique des inversions. On définit les anomalies positives (en noir) comme étant les périodes durant lesquelles le champ magnétique était supérieur au champ actuel et les anomalies négatives (en blanc) celles durant lesquelles le champ magnétique était inférieur au champ actuel.

L’étude du champ magnétique au niveau du plancher océanique, constitué de basaltes, révèle une alternance de bandes noires et blanches dont l’agencement correspond à l’échelle magnétostratigraphique définie par Brunhes.  

Doc. 8 : Calendrier des inversions magnétiques (en Ma)

Ces premières données permettent de montrer que l’expansion océanique se fait symétriquement de part et d’autre de la dorsale et conduit à un éloignement progressif du plancher océanique, formé au niveau de la dorsale par accrétion.

b. Les apports de la sédimentologie

Au cours des expéditions océanographiques réalisées dans les années 1960 (Projet JOIDES), de nombreux forages sont réalisés sur plusieurs milliers de kilomètres au fond des océans. Ils permettent de constater que plus on s’éloigne de la dorsale, plus les sédiments sont épais et plus la couche de basalte est âgée.

Doc. 9 : Âge des sédiments dans l’Océan Atlantique 
Doc. 10  : Profil des séries sédimentaires de part et d’autre d’une dorsale

Ainsi, les données récoltées au fond des océans ont permis de montrer que les dorsales sont le siège d’un mouvement de divergence qui s’accompagne d’une expansion des océans.

Aujourd’hui, ces données sont confirmées par les mesures GPS qui permettent de déterminer en temps réel la vitesse et le sens de déplacement des plaques lithosphériques.

3. Les dorsales, siège de l'accrétion océanique
a. Le fonctionnement de la dorsale

Le renouvellement de la lithosphère océanique au niveau des dorsales est appelé accrétion océanique. Elle est permise par la remontée de matériaux chauds provenant du manteau (magma) qui va cristalliser à une vitesse plus ou moins grande. 

Doc. 11 : Fusion partielle de la péridotite

Le magma est un mélange de roches fondues riches en gaz et issues de la fusion partielle des roches du manteau (péridotites).

L’étude du géotherme sous la dorsale montre une remontée des isothermes, dont l’isotherme 1300 °C qui délimite la lithosphère solide de l’asthénosphère. À cette température, les composants minéralogiques de la péridotite peuvent fusionner même à très faible pression. Ainsi, du magma se forme sous la dorsale au sommet du manteau. Il remonte en direction de la surface où il va refroidir rapidement au contact des eaux profondes très froides et donner du basalte en coussin. Le magma qui reste coincé en profondeur cristallise plus lentement et donne une roche grenue, le gabbro. Ces deux roches présentent donc une même composition chimique très proche de celle de la péridotite, roche mantellique. 

 

Doc. 12 : Le fonctionnement d'une dorsale à l'origine de l'expansion océanique

L’activité volcanique de la dorsale conduit donc à un renouvellement constant de la lithosphère océanique et participe au phénomène d’expansion océanique.

b. Les différents types de dorsales

On distingue deux types de dorsales à la surface du globe :

  • Les dorsales lentes : elles sont caractérisées par un taux de fusion faible. L’épaisseur de la croûte océanique est moindre. La vitesse d’expansion océanique est faible (de l’ordre de 1 cm/an) ;
  • Les dorsales rapides : elles sont caractérisées par un taux de fusion plus élevé. L’épaisseur de la croûte est plus importante et la vitesse d’expansion plus rapide (de l’ordre de 10 cm/an).

Les dorsales lentes sont présentent dans l’océan Atlantique et les dorsales rapides dans l’océan Pacifique.

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